频率短期稳定度的测试与结果分析

� � 颇率特性曲线与墓线相距很近 , 好象 常益变低了 当放大器自激时 , 对应于基线出现期间, 由于自激振荡的存在 , 使得扫频仪的检波器在 此期间的输出不为零 , 于是将荧光屏上基线的 位置抬高 , 使频率特性曲 线 与 基 线的距离拉 近 , 形成增益变低的假象。 当出现此种现象时 , 为了检验所作判断的 确切性 , 可进行下述检验性实验。 检查电子器 件的直流工作点是不正常 , 排除增益极低是由 于器件工作点不正确所造成。 这里必须注意 , 器件的直流工作状态不正常 , 可能是偏置元件 不合适 , 也可能是自激振 荡 所 造 成 。 如系后 者 , 直流工作状态将因电路寄生参数的变化而 改变。 例如以人手接近或触及放大器的某些元 件时 , 电子器件的直流工作状态以及频率特性 ‘的 图形将发生显著变化 。 当因此而使自激振荡 减弱时 , 荧光屏上的图形将 显 示 出增益增大 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为频率特性曲线 与 基 线 的垂直距离拉 开 。 而在正常情况下 , 当人手接近或触及放大 器的某些元件时 , 增益将因分布电容增大而减 小 , 表现为频率特性曲线与基线间垂直距离缩 短 。 顺便指出 , 第一种异常图形通常伴随有增 益要低的假象。 最后 , 让我们补充说明一点 。 我们这里所 作的讨论 , 就是用振频振荡停振以产生墓线的 扫频仪进行的 。 目前广泛使用的 ! ∀ 一# 、 ! ∀ 一 � 以及 ! ∀ 一∃ 型等扫频仪 , 均属于此种类型 。 也 有一些扫频仪 , 例如测试微波通信机中频放大 器用的综合测试仪 。 扫频振荡并不停振 , 其基 线是通过将示波管 % 偏转放大器输入端接地或 通过分压器产生 。 对于后一种类型的扫频仪 , 即使自激振荡和与其迭加的扫频扫频振荡可以 相比拟 , 频标也并不出现于基线的两侧 。 异常 图形仅是频率特性曲线呈现多个不规则的上下 起伏 , 且此种起伏的大小及水平位置随寄生参 数的变化 例如以人手接 近 或触 及放大器元 件 & 而发生极为明显的变化。 少 先频率短期稳定度的测试与结果分析 七机部廿三所副研究员 郭衍莹 问题的提出 现代一些尖端电子技术 , 诸如空间跟踪和 通信 、 雷达测量 、 射电天文、 多路通讯 、 高速 数据处理、 发播时间 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 等等 , 对信号源的频 率短期稳定度提出愈来愈高的要求 。 研究频率 稳定度的理论和测量方法已成为这些领域中关 键技术问题之一 。 ∋ (年代以来国内外对频率稳定度问题进行 了大量工作 , 发表了不少文献 , 当然问题并非 已完全解决 , 至今仍有一些文献对这一问题在 定义、 术语 、 概念等方面存在混乱现象。 不过 大多数文献已公认 , 所谓频率短期稳定度是指 振荡信号受随机噪声调制所引起的频率起伏变 化 , 而将由于温度 、 湿度 、 老化 、 电源等影响 引起的频率漂移称之为长期稳定度。 这种看法 反映了事物的本质 。 理论和实践证明, 受噪声 干扰后振荡信号的频率起伏谱密度可以近似地 用下列幂律来表示 ) ∗ , +&, ∗必 +&# 汀 +。 , − 一 . +一 ’ / − 一 0 +一 ‘/ / − 。 / − 0+ / − .+ , 1 & 式中 ∗ , +& 和 ∗必 +& 分 别 代表谱密度的 相对值和绝对值。 对一般常 用 振 荡信号源 , ∗ , +& 取下列三项已足够 ∗ , +&, − 一 , +一 , / − 。 / − ) + , # & 式中 − 一 , +一 ‘为 闪烁噪声调频项 2 − 。 为白 噪声调频项 2 − .+’ 为白噪声调相项 。 测量频率短期稳定度 , 不外乎从时域和频 工 一 # ( 一 人 域二方面着手 。 时域测量以测阿仑方差 3 , ) &最为普遍 2 频域测量以测相对频率起伏谱密度 ∗ 了 +& , 或相位噪声谱 密 度 ∗ , +& , 或单边带 信号一相噪比 3 +& 最为常见 , 这三者关系为 1 。 , 。 、 4 +乏 凸 , 。 、5 、, 6一丁7 。 ‘ 气‘户二下丁一 一万 。了又‘& 了直接测量方差 3 , # , 83 , 9& 的方法 。 需要 说明的是 , 限于条件 , 所举测试实例还是不严 格的 , 测试是不充分的 。 但笔者认为所得结果 已能说明测试方法在原理上的正确性 , 并且揭 示 了振荡信号频率稳定性的一些内在规律 。 由于 3 +& 通常以分贝表示 , 所以 二 、 时域测量—测量阿仑3 +& , 1 (乙( : ∗ , +&# , 1 (乙( : ∗ , +& . +’; + 2 方差 阿仑方差测的是相邻二时间段 9 内平均频 � & 率 +< 、 9. 之差 〔” 由已知频域特性不难推算出时域特性 , 反 之 , 由时域推算频域则只有在一定条件下 如 已知幂律& 才有可能 。 这说明频域特性更接近 于反映事物本质 。 但由于阿仑方差测量简便 , 易于表达 、 计算和比较 , 经美国 0= = = 推荐 , 在国际上已被广泛采用 〔” 。 频率短期稳定度常以数量级表示 , 不要求 特别准确的数值。 虽然如此 , 测量起来仍是一 件相当麻烦的事情。 尤以测高稳定度信号源时 更甚 , 因为此时要求测量电路的背景干扰必需 极低 , 否则将引入很大测量误差 。 不过近年来 国内外有一些新仪器问世 , 如能直接测量阿仑 方差的计算计数器 如 > ?一 ≅ � ∋(& , 能测相位 噪声谱密度的实时分析仪 如丹麦� � Α ∃ ; � � Α ≅& , 高分辨率的 微 波 频 谱 仪 如 > ?一 1 Α1 ∀ 等& 等 , 能大大简化测量手续 , 提高测量精度 , 把 频率稳定度测量工作的水平推进了一步 。 在实用场合 , 有时需要阿仑方差值 , 有时 需要频率起伏谱密度 , 还有的场合 如多普勒 测速、 各种相 干 雷 达〔” 等& 需要另一种方差 3 , # , 8Β , 砂。 所以不论那一种测 量均宜求出 谱密度幂律的各项系数 −( 、 − 一 , 和 − . 等 , 以 便进行各种运算 。 目前已有些文献介绍了一些测试频率短期 稳定度的方法 , 但大都偏重于原理性说明 , 很 少接触到实际问题 , 与对测量结果的分析。 本 。卜 。 # # 、 ) 、 ) & 一耳粤厂Χ 2 ) 一 2 ) &#Δ ‘ 1 ( , , , Ε � − 。, 乙Φ Ε , ‘Φ 乙十— 十艺∀ �− ) + 。 Α 汀 # 9 # Α & 玉 。 , 与 ) 的 关 系示于图 1 。 国内外已有一 些能直接测量阿仑方差的仪器 , 如 > ?一≅ �∋( 计 算计数器〔”。 该仪器配有数据处理器 , 能直接 显示阿仑方差值。 仪器的精度为 ≅ Γ 1( 一’。;秒 。 当测量毫秒级稳定度时精度将下降 。 所以典型 的测试方法是将被测信号与一参考信号差频 , 测出此差频 + Η 的阿仑方差 。手Η , 则被测信号 的阿仑方差为 <) 3 , 丫 & 0Φ ) 二 口 , Ι � 9 ≅ &口ϑ一。一一#甲口 也可用二个同样的信号源 指频率短期稳 定度相等 , 但又互不相关 2 二者频率绝对值差 + 、& 进行差频 , 则得 从 文试图结合一些新仪器的使用 , 讨论频率短期 稳定度的时域测量 、 频 域 测 量 和频谱测量方 法 , 以及对测量结果的分析 。 最后一节还讨论 二— , 一万于7 3. 8言 ∋ &以下分析一测试实例 〔‘’。 用国产计算计数 一 # 1 一 �少‘器测量晶振一微波倍频器和 Κ 波段速调管振荡 器 锁相前后& 的频率短期稳定度。 图 # 为测 图 # 试原理图。 图中差频 + 、 等于速调管振荡器频 率 +。 的 # ≅( 分之一 。 此 + Η 值 较高 , 影响测 试精度的提高 。 但图中用的全是现成的设备 , 非常简便 。 测试结 果 如 图 � 。 当 ) 二 1( 毫秒 时 , 测试精度为 夭 1(’� 0一一一Λ 一一卜一一, Λ 。 规<(7 图 � 速调管振荡器 锁相前& 速调管振荡器 锁相后& 晶振一微波倍频器 �� ! 二塑二生一 ∀#∃ ∀ #∃ 一 % #& ∋∃ ( & ∀ #∃ 一 ’∃ # ) 晶振一微波倍频器的 棺∗ , 随 乙+ , 的 增大而线性下降 , 其斜率在 − + 一’士到.∋ 。之间 。 对照图 % 可见 , 其 / 0、1 。 2 1 3 4 , 。 & ) 5 波段速调 管 振 荡 器 , 在锁相前其 棺气一乙+ ‘ 为 一 水 平线 , 所 以 可 认 为 / 0、 1 一 , 4一 ‘。 % ) 速调管管振荡器锁相后的 ∗ , 曲线与 晶振一微波倍频的曲线十分接近 , 说明锁相已 起作用 。 / , 曲线也必由 1 一 , 4 一 ‘ 转 化 为 1 。 2 1 , 4 ’。 由 乙+ ∗ 06 馆, 曲线和公式 7 . ) , 可求得 1一 , 、 1∃ 、 1 , 值 。 工程 近似计算时可以令小 8 值时的 ∗ 9 、∗几, 中 , 值时的 : 9 、 ∗备, 大 二 值时的 。 9、 ∗乳, ) 。 再 根 据 整 个曲线加以修 理 , 即 得 1 ; , 、 1 。 和 <# , 值 。 计 算 结 果 如 下 , # ) 假定图& 7∗ ) 中二晶振一微波倍频器的 频率短稳相同 。 由 于 4、二 4 。= & ∋∃ , 因 此 每一 晶振一微波倍频 器 的 实 际 ∗ , 应较图 % 值小 侧 & > &∋ ∃ 倍。 计算结果 得相对频率起伏谱密 度为 / , , “% ? ≅ 火 #∃ 一 , ’2 # ? Α Α 火 #∃ 一 & , 8 “ & ) 由于在 , 测量 范 围 内 速调管振荡器 7锁相前) 的阿仑方差大于晶振一微波倍频器 的阿仑方差 , 因此可以后者为参考认为前者的 实际 ∗ , 值为图 % 值的# = &∋∃ 。 计算结果得 Β0 3” # ∀ #∃ 一 , ‘4一 , % ) 同理可得速调管振荡器锁相 后 的 / , 值 / , , “ & ? ≅ > #∃ 一 , ‘2 # ? ∋ ∀ #∃ 一 , , 4 , 注意 , 计算上式时是假定以晶振一微波倍 频器为标准。 若假定二者完全不相干 , 则锁相 速调管振荡器真正 / , , 值应由上式扣除晶振一 微波倍频器的相应 / , , 值 。 讨论 , 将 / 0 Χ 与 / 03 画在图 . 中 , 二者交 点 Δ Ε 。 为 % ? ≅ ∀ #∃ 一 , , 2 # ? Α Α ∀ #∃ 一 , , Δ是。( # ∀ #∃ 一 ’‘Δ王9 勉强可用 。 二Φ #∃ 毫 秒时 , 精度不够 , 只能作 参考。 , Γ #∃ 毫 秒 , 精度可满足要求 。 由图 % 可得以下结论 , Δ , 。、 ∋ ∋ 千赫 显然锁相速调管振荡 器 的 最 佳带宽应为 Δ Ε 。( Η∋ 千 赫 , 与设计值接近 7图 & ) 。 根据 工 一 && 一 锁相理论 , 当 +Χ ! Μ 。 时 锁 相振荡器的 ∗ , 曲 线接近晶振一微波倍频器 ∗ , 曲线 2 当 +Δ ! Μ 。 时接近自由振荡时 ∗ , 曲线 。 显然这是一个最 佳综合 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 因此锁相振荡器是能获得高频率 短期稳定度的一种较好电路形式〔‘〕。 假定频谱仪带宽为 ∗ , +& , # (乙Ν ΟΠ , 则 Θ Π Ρ , Σ侧 .ΟΠ Β ! ;> . ∃ & ∗ , + & 图 ≅ Η& 是利用 自相关法测量相位噪声谱 密度 。 被测信号一路直送鉴相器 , 另一路则经 延时 8 Β 后再送鉴相器 。 鉴相输出经低通滤波 、 低噪声放大后送至频谱仪分析 。 这个测量方法 的原理可 以先假 定 Τ 8& 为一单音调频波来说 明 ) Τ 8& , Θ Υ ς Ω〔。。8 / Ξ Υ ς Ω口 。 8〕 当调相指数 Ξ Χ 1 时 图 Α 三 、 频域测量一测量相位噪 声谱密度 国外已有直接 测 量 相 位噪声谱密度的仪 器 , 如 > ? 一≅ � : ( Σ 该仪器既能测阿仑方差 , 又能通过测阿达马方 差 得 到 相 位 噪 声 谱密 度 & 。 但一般情况仍用鉴相器配合频谱仪 实 时分析仪& 来进行测量 。 当二路信号频率相等 频率起伏可相等 , 也可不相等而将其中一路视作参考& 时用鉴相 器法可以方便地测出频率或相位噪声谱密度。 图 ≅ 3 & 和 Η& 是二个可行的方案。 图 ≅ 3 &可 ·“, 一 Θ「。。 ∗ 。 。, 一令 。。 :‘。 。 一 “ 。 , ‘ /令一 。。 / “ 。&8」 · 8 一 8 Β &一 Τ Ψ 。。∗ 。。 8 一 8 Β & Ξ一—Κ Ζ ∗ 。 。 一 口 Ξ & 8 一 8 Β & 十三卫一Υ。 ∗# 。 。 / 。 二& 8 一 8Β &」 鉴相器输出为 · 。 8卜Ρ Β [。。∗。 。8 Β 1 /等一“ , ‘Β & 一 . Ξ Ω ∴Φ 。 。8 Β Ω ∴Φ 7丛些 。( ≅ 「。 Ε ) 一率九刁Μ ‘ 一 、 # ; ] Ξ #一— Κ Ζ ∗ 「 。 。 / “ 。& 8 Β」 图 ≅ 测倍频器的相位噪声 。 图中参考源的相位噪声 已在鉴相器中被抵消掉 , 所以测出的是二路倍 频器自身相位噪声均方值之和 假定二者互不 相关& 。 令鉴相器的相位灵敏度 为 Ρ , , 低噪 声放大器的总增益为 Σ , 频谱仪测出的噪声电 压为 Θ Π , 则相当于相位噪声为 ⊥ , Θ Π ; Ρ , Σ _ “ ≅ # “ Ι 8 ⎯ 当 Ξ 《 1 时 ·。 8&一 Ρ Β [。。 ∗。 。8 Β 一 # Ξ ≅ ‘一 ‘Β Ω‘· 口 Ε 8 ] 「。 ; � 8 Β α1了Λ 7 止竺 7二二7 Κ Ζ ∗ 0 盏才 , Ι 0 一— 口 <9. Μ 一 α . ; ] , ⊥ & 一 # � 一 其中包含直流项 = 。 , Ρ 3 Υ ς Ω 。 。8 Β 芳 以及 口。 项 Τ 。。 , 一 .Ρ Β Ξ Ω ∴Φ 。 。8 Β · Ω ∴Φ 口 Ξ 8Β# 「口 , + 8 一 生卫 、刁Μ 一 α # ; 」 当 Ω ∴Φ 。 。8 Β , 士 1 , 即 = 。 , ς时 Τ 。二 为最大 ) Τ 。, , Ξ � 二 , 士 .Ρ Β Ξ Ω ∴Φ 口 二 8Β # 器输出的相位噪声经 # ∋ ( ∃测量放大器 , 推动磁 带记录器 β 一⊥( 。 磁带记录的噪声在实时分析 仪 � � Α ∃ ; � � Α ⊥ 丹麦 & 上 复现 , 再通过电平记 录仪# � ( ≅把 功 8& 图 形记录下来 图 ∃ & 。 鉴 相器的灵敏度可用精密 移 相 器 如 Σ χ一 %δ #( !0 型 同 轴 延时线& 来校正 。 结果为 Ρ , , ( � ∋伏;弧度。 由于测量放大器增益为 Σ 一 �# ( , 实时分析仪带宽 ΟΠ 一 1≅ 赫 , 由 公式 ∃ 可算出 图 ∃ 曲线上各点的 ∗ , +& 值。 「口 Ε + 8 一 目生生、1Μ 一 α # ; 」 : & 所以在测试时应先调节延时 8Β 直 至直流分量 =( 一 。 ‘此时 ‘Β 一 里毛井&于 Π 为任意正 整数 & 口 Ξ 8 Β 然后用频谱仪测出 口 。 分量 .Ρ Β Ξ Ω∴Φ 一 # 即可求得 Ξ 值 。 实际测量时可先用 图 ∃ 一已知 Ξ 的调 频 波 来 校 正 不 同 口 。 时常数 .Ρ Β Ξ Ω∴Φ 口 Ξ 8 Β# 的数值 。 求得 Ξ 后即有 凌 ∗ , +&, # (乙Ν 二二不矛一, 丫 ‘ 9 双 Β Η ; > . 1 ( & 以下分析一测试实例 。 测试 。波段功率放 大器的相位噪声谱密度 , 测试方框图如图 ∋ 。 图 ∃ 中 ∗ , 曲线的许多尖峰是由电源 ≅( 赫及其谐波& 干扰引起的 。 只要将来数据处理 时的取样时间等于# (毫秒 7典厂、或其整倍数 ,一 ’一 、 ≅ ( ; 一 7 、 7一 ·一一 就可以将这些有规干扰补偿掉 。 忽略这些有规 干扰 , 则 ∗ , 曲 线 近 似 地 可看作二段折线组 成 ) 第一段斜率为#( 分贝 ; 1( 倍频程 , 显然它 对应白噪声调 频 项 −。; +’&2 第二段为一水平 线 , 对应白噪声调相项 − . &。 由图得 ∗ , +&、 ⊥ Γ 1( 一 “+一 , / 1 Γ 1 ( 一 ’‘ 由于 所以 ∗ , ‘, 一带∗ 诱“, 一 − 。/ − .‘# 图 ∋ , 万二共下 于布 Ω Γ Ω Γ 1 ( “ 1( 一 ” / <图中倍频器支 路 被 视 作 “参考” 。 ?0 Π 调制 器 、 ∀ Κ∗ Κ 测量线和 ∀ = ∀ 一 1 调 配 器 用来保证 二路一致性 , 并使电压驻波系数小 于 1 � # 。 调 节可变衰减器使送到鉴相器 平衡混频器& 信 号为 # 毫瓦 。 调节可变相移器使二路信号相位 差为晋 此时鉴相器灵敏度 Ρ , 最大& 。 鉴相 声 , ε 1 ( 一“ +’& , � � # Γ 1 ( 一 ’∃ / Α 火 1( 一 ” ‘1, # −。, � � # Γ # ( 一 ) ) − . , Α Γ 1 ( 一 � ‘ 注意 , 以上为功率放大器 的 附 加 相位噪 不包括主振和激励部分 。 夕 一 # Α 一 炙 对白噪声调频言 ∗场 +& , − 。+一 , , 代人上式四 、 频谱测量 可得 信号的频谱 ∗ 。 Σ。 &, 也称 全谱 , 一般不 作为测量频率短稳的主要手段来考虑。 这是由 于噪声边带 电平很低 , 一般频谱仪无能为力加 以分辨。 但目前国内外有一些新型的分辨力较 高的频谱仪可在微波段较好地显示信号全谱 。 如美国 > ? 一 1Α 1 ∀ , 其高频扦件⊥ ≅ ≅ ≅ Σ , 可测至 Α (千兆赫 , 分辨带宽一( (赫 , 灵敏度 一 1# ∃ Β ΗΞ , 幅度精度士 1 � ∃ ≅ Β Η〔≅ ’。 利用这个仪器可以定性 地 , 并在一定程度上能定量地估算出信号的频 率短稳 。 特别适于观察和比较信号相位噪声变 化的规律。 大家知道 , 根据调制理论 , 当调制指数 Ξ 较小时 Ξ Χ <& , 信号的全谱与调制频谱的关 系如图 ⊥ 。 因此 , 当 信 号 被 噪声调制时 , 只 牛 一二些吵一 1 一 。。Ω。 ) & Β 。 一琴乙兀 沙 。 口 “ ‘ 所以 Ω 。 △。 & 一<)一△。一 智‘ Β · − 。; # − 。; # &# / 八。 ’ 1 1 & 由上式可见 , ∗ 。 △。& 的 一 � Β Η 点 发生在 Σς � Β Η , − 。; # 处 , 也即谱线的 �Β Η 宽度正好是 − 。。 当 Σ 。Δ − 。; # 后 ∗ 。 Σ 。&” − 。; # △。 # 也目卜 与 Λ鱼李上一致 图 : &乙 ∗ Υ 山力 ∗ _ 注 。 & 奋 一Ζ 心 ,Ζ( 一 Ν & 吻 & 一扩一。。 ( � / φ & Λ塑丝必。 # 图 ⊥ ∗ Υ △( & 要相位噪 声�谱 密 度 ∗ , 较 小 , 则 ∗ 。 △+& 与 ∗ , +& # , , Λ , Ε , 、 。 , , 二 , 二 一 。 , , 、 +资附烙状龙一玫旧 。 田士 。 诱气0 & , 一荃飞1 一 场;# � −一 Ι ;#飞矛甲个丫巫扛Λ −一 , +一’ / − 。/ − .+’&, +荟 − 一 0 +一’ / −。+一’ / − ) &, 因 此 , 只 要 + 不 太 小 , ∗ 。 △+& 的 形 状 与 一掣三是一致的。 但当 2 非常小时 即在载# 一 7 7 7 · 7 7 ·一一 频邻近& , − 一、+一 � 及 − 。+一 , 急剧增加至无限大 理论上 & 。 但 ∗ 。 ς& 不可能为无限值 。 此时 ∗ 。 么。 & 与 ∗ , 。 & 0’ΥΒ 应根 据 下 列 γ ∴Β Β <Υ 8ς Φ 公式来变换 ) 图 : 图 1 ( 对闪烁噪声调频言 , 本文 从略〔” 。 但可指出 , 数学关系比较复杂 , 当 △。 较大后同样有 ∗ 。 Σ 。& 、 − 。 , ; #△。 � 。 也 就 是 说 当 △。 较大后 。 , ‘ 、 Κ“ ‘ 。 、9 Φ 「 0 +“” 。、“。少一 &。 “。9 ’ “‘9 Μ一 厄不二& 。 从Ε ∗诱 ( & 1 一 Υ ς Ω。二 & 。 # Β 。 」Β · 1( & ∗ 。 Σ 。&与 ∗ , 。 &; # 是一致的 。 只有当 △。一Ζ 二者才不一致 。 实际上在 △。一Ζ 邻 近 , 频谱 仪分辨力不足 , 无法进行分析。 假定用频谱仪测出的信号全谱 如 图 1( 所 示 , 则可利用曲线下降部分 算 出 −一 , 与 −( , 一 # ≅ 一 利用曲线底部算出 − ) 。 注意 , 如 果 频 谱仪的 分辨带宽为 么! , 则首先应 将 曲线 数 值除以 人! , 或者当用分贝来计算时应减 去 1 (棺Σ ! 。 例如测得曲线底部为 3 分贝 图1( & , 则 ⋯脚� 户 ��� 一 ���火火火��� 一一!!! � ∀ ∀ 心 一一 �����火火火��� 一 ��� 分 、甘�,�甲卜匕�召� #∃%⋯!&��,月���������,�耐 图 ! ∃∋ 分办带宽 ∃(() ∗ 横坐标 +, ) ∗ − ∋ ./ 纵坐标 ∗ (∋ 0 − ∋ . / � 晶振一微波倍频 � 体效应管振荡器 7锁相前 ) 体效应管振荡器 7锁相后 ) 本 图 # Χ∗ 1 , ( 3Ι ϑ+ 4。 一 ∗ 一 &∃王+△Δ 7分贝 ) 下面分析一测试实例〔‘’。 用 Κ Λ一 #. #Μ 频 谱仪测量 5 波段晶振一微波倍频器 , 5 波段体 效应管振荡器 7锁相前后) 的频谱 , 如图##。 图中7 ∗ ) , 频谱仪分辨带宽为 #∃ ∃ 赫 9 7 Ν )的 分辫带宽为 #∃ 千赫 。 相应的坐标刻度已注在图 中 。 我们可以用图 7 ∗ ) 来估算 1 。 和 1 ; , , 用 图 7 Ν ) 来 估 算 1 3 。 估算结果 , 对晶振一微波 倍频言 , 有 1。铭 # ? Α 只 #∃ 一 &。 1 , 勺 Η ∀ #∃ 一 &。 对锁相体效应管振荡言 , 有 1 。七 # ? Α 火 一∃ 一 & 。 1 , 犯& ∀ #∃ 一 %。 讨论 , 由图Ο 可见 , 晶振一微波倍频器相 位噪声的低频项 1。 较小 7谱线较窄) 但 1 3 项 较大 9 微波振荡器在自由振荡时 1 。 项较大 7谱 线较宽) , 但 1 , 项较小。 所以若将后者锁相 于前者 , 也即锁相微波振荡器情况 , 则 1。 项 将接近于前者 , 而 1 3 项 将接近于后者 。 因此 只要选择适当带宽 , 就可 得 到 最 佳综合方案 7如图#& 虚线) 。 由此再一次证明 , 锁相振荡 器是能获得高频率短稳的一种较好电路形式 。 7 户‘。 ) 晶振一倍颐 微波振荡 = ‘锁相前) 肠锁相振荡 孰、刀1,以 夕 图 ! 2 乡 一 2 3 一 义 五、 测量方差 3 . # , 8 3 , ∀ & 对于现代多普勒测速系统或相干雷达 , 其 频率短稳用 。代# , 8Β , 动表示比用阿仑方差表 示更确切 , 更方便〔, , 。 方差 。 , # , 83 , 9 &固然 可以由阿仑方差换算 , 但若能直接测量将更为 恰当。 特别对于大型设备 , 尤宜有专用的测试 3 , # , 8 Β , 力 仪器来进行监测 。 这里介绍一种专用仪器 , 能测米波以下振 荡信号的 , , # , 8 Β , 诊方差 。 仪器采用倍频一 差频法提高测试精度 。 其原理性 方 块 图 见图 1 � 。 测试原理如下 ) 二个频率短稳相同的信号 +二 工 和 + 1 # 二者 短 稳 相 等 , 丽孰, 丽飞丁, 盯卜 二者频率接近 +) ) 、+Γ .& , 先 分 别倍频 Π , 次后差频 , 再倍频 Π . 次 , 第 二 次 差频得 +。 千赫数量级 & , 经脉 冲 电 路 形成周期为 1 ; +。 的窄脉冲 , 然后由采样脉冲 周期取 诊 控制选择门 0选 出 间 隔 ∀ ) 工、 ) 的 二个脉冲 3 、 Η 。 另将采样脉冲延 迟 8 Β , γ 一乒7 γ为一 、 一 。 Λ ” ” ; �” 0 俐” ’ Λ 一 一 “ ‘一 +3 正整数 & 后控制选择门亚选出间隔 ∀ < ) “ ) 的 二个脉冲 3 ‘、 Η ‘。 用二台计数器分别测出 ∀ 二 ) 与 ∀ 二 # 。 算出平均值 ∀ 二 , ∀ ) 1 / ∀ ) ) & ; #及差值 △∀ 二 , ∀ 二 1 一 ∀ ) # 。 如 此 反复测量多次 , 以求统 计值。 由于 +。 , Π , +二 ) 一 + 二 ) &Π ) 一 +) ) 、 Π ) Π ) + ) , 一 +) ) & , Π + ) , 一 +二 # & 式中 Π , Π ) Π ) 。 所以 森 选选择门门 脉脉冲形成成 延延迟 8 ,, 图 1� Σ+是, Π ’ △+圣) / △+釜# & , .Π ’ △+圣 Ε △+姜 , △+丢 二 +是 .Π .+釜 △+落 +是 测试发射机功率放大器的频率 起伏 , 可以 +二 ) 支路 标准倍频器& 为参考, 以 + ) # 为被测支 路 , 此时公式 1� 变为一.!幻 」一4备!下。,∀之5曰 6 !2 7 6 ! 8 79一9△一+:;<∃=∃一理一一聪一。由于 △<。− < : > △9 二 − 9 ? 所以 、�产�≅ΑΑ�工−‘、侧一戮一<且=∃一叮、一勺‘一一。一物< ∃ ? 与 < ∃ ? 可以从 ΒΧ� 兆赫 直至几百兆赫 6此时 Δ ? 6此时 Δ # 为数 较小 , 甚至 Δ ? 二 由于 、�产少、十! 冰∀ < 一 ? 与 < Ε + Δ Η 兆赫 6 Η 兆赫标准晶体振荡器7 , <。 > ! 千赫 , 而 Δ > 8 Γ Ε 3 Γ 二 2 8 ΓΓ , 则测试精度 口? 、 !Γ 一” 。 倍频器误差用第三节方法测试 , 测试绪 果Ι ? 、Η Ε ! Γ 一 ‘’。 故整个仪器精度为 Η Ε ! Γ 一 , � , 一 2 ϑ 一 #、少能满足使用要求。 测试实例 ) 测 一 # � Α 兆 赫标准晶体振荡器 的频率短稳 。 令 ) 二 ≅( 毫秒 , 当 8 Β 二 1 一 1( 毫 秒时得 3 , # , 8 Β , ) &如图 1 Α 3 &。 令 8 Β , 1 毫 秒 , 当 9 , # ( 一 1 ( (毫秒时得 3 , # , 8 Β , ) & 如 图 1 Α Η& 。 由图见 , 3 , # , 8 Β , ) &大致与 8 Β 成 正比 , 并大致与 9 成反比 。 ‘丛匕、/ 、 ∀ ; − 。 8 刁Λ一 竺 7 一十 − # + Υ # 兀 “丁 “ 对照图1 Α , 可见被测振荡器的相位噪声主要为 白噪声调频项 。 六 、 结语 。 # , 8‘, , & 2 &3 # � 9、。 , & 近年来 , 频率短期稳定度的理论与测试方 法有较大发展 , 引起广大有关科技人员注意。 本文所举的测试例子 , 因限于条件 , 实验还很 不充分 , 但笔者认为已能说明测试原理和结果 分析方法的正确性 , 可供有关同志参考 。 以上例子和结果分析表明 , 锁相振荡是提 高频率短稳的一种较好电路形式 。 看来在国外 也有类似的发展趋向 , 值得我们注意 。 参 考 文 献 #( Α( 印 ⊥( 王(口 了 巾 Ω , 人3η四Ξ Ψ 1 〕 图 1 Α 门]< ��]门」#Φ]Σ上9�Μ<]‘9�Κ讨论 ? 已知 Ι ’‘2 , ‘∋ , ·,一指‘6 Λ 一 2 ‘·令7 〔Η Μ !� Ν � Ν � Ν � 9 = Ι ≅ Ο � ΒΠ 一 2 Γ , 渔 2 Θ � ! Γ石 ! 5 ϑ ! 多普勒测速的频率短期稳定度问题 ) � Θ � Α( Ρ = ? ∗ Ι ∃ Θ� 5 Δ ( / � ! 5 ϑ ! 雷达中锁相振荡器的频率短期稳定度问题 机部 ϑ 5 2 5会议报告 7 ) Θ 公司产品目录 6 ! Γ ϑ 5年7 艳束原子频率基准中替代 电子倍增器的伺服前置放大器 中国计量科学研究院 工程师 王 清祖 赵雅洁 引言 在艳束原子频率基淮中, 由艳束管离化器 得到的误差信号电流 十 分 微 弱 6约为 Θ Φ 量 级 7 , 一般须经电子倍增器放大几个量级后再 送至伺服电路 , 经处理变换后实现对压控晶振 的频率控制。 不少电子倍增器之倍增系数 , 随使用时间 加长下降明显 , 且难于恢复与保持稳定。 这一 问题的存在对系统的长期稳定工作是不利的。 在国外 , 研制艳束原子频率基准的主要国 家均已采用前置放大器替代电子倍增器。 但未 见到具体的电路介绍。 声 一 2 Σ 一